close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
ГБОУ города Москвы Гимназия №1505
«Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»
Реферат
Кислоты и основания в различных теориях
Автор: ученик 9 класса «Б»
Завина Анна
Руководитель: Давыдочкина С.В.
1
Москва
2015
2
Оглавление
Введение
4
1 глава. Общая информация о кислотах и основаниях
5
§1.Кислоты
5
§1.1 История кислот
5
2 глава. Первая теория кислот и оснований
10
§1. Теория Аррениуса
10
§2. Теория Менделеева
12
§3. Объединение теорий
12
3 глава. Более поздние теории
13
§1. Теория Бренстеда
13
§2. Электронная теория Льюиса
15
§3. Теория Усановича
15
4 глава. Сравнение теорий
16
Заключение
16
Список литературы
17
3
Введение
Актуальность. Объектом исследования я выбрала основания и кислоты.
В химии, как и в жизни, нет однозначного понимания того или иного термина, все очень
относительно. В моем реферате речь пойдет о понятиях кислоты и основания. Я рассмотрю
их в трех различных теориях. То, что верно с точки зрения одной теории, не совсем верно с
точки зрения другой. В школьном курсе кислоты и основания рассматриваются только в
одной теории, а мой реферат поможет расширить представления о них, позволит объяснить
механизмы образования связей и покажет, какие противоречия существуют между этими
теориями.
Предмет исследования: неоднозначные понятия кислоты и основания
Объект исследования: понятия кислоты и основания с точки зрения теорий
Аррениуса-Менделеева, Бренстеда, Льюиса.
Цель: Рассмотреть кислоты и основания с точки зрения трех различных теорий.
Задачи:
1.
Рассказать о кислотах и основаниях в целом, о их истории и классификации
2. Рассмотреть кислоты и основания с точки зрения теории С.Аррениуса и теории
Менделеева, изучить недостатки этой теории
2. Рассмотреть кислоты и основания с точки зрения протолитической теории И.Бренстеда,
объяснить следствия из этой теории, изучить недостатки теории
3. Рассмотреть кислоты и основания с точки зрения электронной теории
Г.Льюиса
4. Сравнить эти теории; основываясь на их недостатках и достоинствах, создать
сравнительную таблицу.
4
1 глава. Общая информация о кислотах и основаниях
§1.Кислоты
§1.1 История кислот
Кислоты известны людям с древнейших времен. Первой кислотой, которую человек
получил, является уксусная (CH3OOH), потому что она образовывается при скисании вин. А
само слово кислота - acidum (лат.), вероятно, происходит от слова уксус - acetum.
Затем в Х веке люди обнаружили серную кислоту (H2SO4) при прокаливании сульфатов
(купоросов). «Изучение купороса началось в древние времена. Некоторые из ранних
обсуждений происхождения и свойств купороса можно найти в работах греческого врача
Диоскорида (первый век н.э.) и римского натуралиста Плиния Старшего (23–79 н.э.). Гален
также обсуждал его медицинское использование. Использование купоросных веществ в
металлургии описано в древнегреческих алхимических работах Зосимы из Панополиса, в
тезисе «Phisica et Mystica» и папирусе «X» Лейдена.
Исламские алхимики Джабир ибн Хайян (721-815 гг. н.э.), Рази (865-925 гг. н.э.) и Джамал
Дин аль-Ватват (1318 г., написал книгу «Mabahij al-fikar wa-manahij al-'ibar»), включили
купорос в свои списки классификации минералов. Ибн Сина фокусировался на медицинском
применении и разновидностях купороса.»1
Серную кислоту средневековые алхимики назвали купоросным маслом (это название
упоминается в работах Винсента из Бове2 и в сочинении «Compositum de Compositis» Альберта
Великого). В XII веке химик Иоганну Глауберу 3 удалось получить серную кислоту в
результате сжигания смеси серы и калийной селитры (нитрата калия).
А в 1670 году английский натуралист Джон Рэй4 поместил в сосуд рыжих лесных муравьев,
налил воды, вскипятил ее и пропустил через сосуд струю горячего пара, в результате чего
получил муравьиную (метановую) кислоту, которая используется рыжими муравьями в
http://one_vision.jofo.ru/238298.html ссылка действительна на 28.03.15
Винсент из Бове - (ок. 1190 — ок. 1264) — ученый монах-доминиканец, фр. писатель-энциклопедист, автор энциклопедии «Большое
зерцало» («Великое зеркало»).
3
Глаубер Иоганн Рудольф (1604-1670) - немецкий химик и врач. Получил чистые азотную и соляную кислоты, многие соли, в т. ч.
глауберову (1648). Применил стекло для изготовления химической посуды. Основал промышленное стекловарение в Тюрингии. Получил
жидкое стекло.
4
Джон Рэй (1627-1705) - английский натуралист. Опубликовал ряд важных работ о растениях и животных, а также классическую работу в
традиции натуральной теологии - Wisdom of God, Manifested in the Work of Creation (1691), исследовал влияние света на окраску растений,
собиратель английских пословиц и поговорок.
1
2
5
качестве «химического оружия» для защиты и нападения.
Искусственно синтезирована муравьиная кислота была только в
XIX веке французским ученым Джозефом Гей-Люссаком5.
В 1749 году ее исследовал с точки зрения химии немецкий химик
Андреас Маргграф6.
Кто впервые получил соляную кислоту (HCl), до сих пор
неизвестно, но предположительно это были алхимики Василий
Валентин7 и Андреас Либавий8. В 1658 г. Иоганн Глаубер нашел
новый способ получения соляной кислоты, который до сих пор
применяется
в
лабораториях.
В
результате
нагрева
смеси
поваренной
соли
и
концентрированной серной кислоты получался дым, который при взаимодействии с водой
превращался в соляную кислоту, или соляный спирт, как ее тогда называли. Английский
химик Роберт Бойль 9 занимался изучением свойств соляной кислоты и в процессе опытов
случайно пролил несколько капель на лепестки фиалок, которые стали ярко-красными. Это
событие положило начало ряду опытов, в результате которых появилось понятие индикатор
(лат. indicator - указатель) - вещество, позволяющее следить за составом среды или за
протеканием химической реакции. Многие химики начали использовать индикаторы для
распознавания кислот и оснований. А сам Бойль с помощью индикаторов открыл новую
кислоту - фосфорную (H3PO4).
В начале XVIII века ученик Роберта Бойля Вильгельм Гомберг 10 впервые получил
борную кислоту(H3BO3), прокаливая буру с железным купоросом. Он назвал ее
успокоительной солью (sal sedativum), а потом она получила название sal sedativum Hombergii.
А шведский химик и фармацевт Карл Шееле11 внес огромный вклад в развитие науки его работы и открытия охватывают всю химию того времени. В том числе он открыл винную,
яблочную, лимонную, молочную, мочевую, молибденовую, вольфрамовую, сероводородную,
мышьяковую, плавиковую, синильную, галловую и щавелевую кислоты. Первой в 1769 году
он выделил винную - из «винного камня», который содержался на стенках бочек с вином. Он
Гей-Люссак Жозеф Луи (1778 - 1850) - французский химик и физик. Открыл бор (1808, совместно с французским химиком Л. Тенаром).
Усовершенствовал методы элементного и объемного химическая анализа, технологию производства серной кислоты (башня Гей-Люссака).
Установил законы: теплового расширения газов (1802) и объемных отношений газов (1808).
6
Маргграф Андреас Сигизмунд (1709-1782) - немецкий химик. Исследовал состав солей и минералов с помощью микроскопа, обнаружил
кристаллы сахара в корнях свеклы (1747).
7
Василий Валентин — алхимик, живший в XIV или XV веке; его трактаты получили широкую известность в XVII веке.
8
Либавий Андреас (1550 — 1616) - немецкий химик и врач. В книге «Алхимия» (1597) систематически изложил практические сведения по
химии, описал получение серной кислоты, а также хлорного олова.
9
Бойль Роберт (1627 - 1691) - английский химик и физик. Сформулировал (1661) первое научное определение химического элемента,
развивал атомистическую теорию, положил начало химическому анализу. Установил (1662) один из газовых законов (закон БойляМариотта).
10
Вильгельм Гомберг (1652—1715) — химик. Выделил из буры борную кислоту, составил легкоплавкие сплавы из олова, свинца и
висмута, открыл фосфоресценцию расплавленной смеси хлористого кальция с известью (фосфор Гомберга).
11
Шееле Карл Вильгельм (1742 - 1786) - шведский химик, по профессии аптекарь. Первым получил многие неорганические и органические
вещества, в том числе хлор (1774), глицерин, синильную кислоту (1782), ряд органических кислот, доказал сложный состав воздуха.
5
6
нагрел его с серной кислотой , а после охлаждения обнаружил красные кристаллы - это и была
винная кислота. Затем он начал исследовать настои разных растений и открыл другие кислоты.
Яблочную (C4H6O4) он получил из незрелых яблок, лимонную (С6H8O7) - из сока неспелых
лимонов, галловую (С7H6O5) - в вытяжках из чернильных
орешков (галлов), молочную (С3Н6О3) - из кислого молока, Карл Вильгельм Шееле
мочевую (C5H4N4O8) он обнаружил в составе мочи. В 1771 году
в результате обработки минерала флюорита (плавикового шпата - фторида кальция CaF2)
серной кислотой Шееле приготовил кислоту, которую он назвал «плавиковой» (HF). А
щавелевую (С2Н2O4) впервые получил не сам Шееле, а Совари (кто это такой) из кисличной
соли (кислая щавелево-калиевая соль). Ее же Торберн Улаф Бергман12 получил в результате
окисления сахара азотной кислотой и описал под именем сахарной кислоты. Карл Шееле в
1776 г. установил идентичность двух этих кислот и назвал ее щавелевой. В 1777 им же был
получен и исследован сероводород, а его водный раствор оказался сероводородной кислотой
(HS).
В 1778 году Карл Шееле открыл два новых металла - молибден и вольфрам, а затем
получил и их кислоты.
Угольная кислота (H2CO3) была впервые получена Джозефом Пристли
13
при
растворении углекислого газа в воде и была названа содовой водой, которая почти сразу стала
применяться в качестве напитка. За это Пристли был награжден золотой медалью.
(http://www.critical.ru/calendar/oxigen2.htm, ссылка действительна на 29.03.15)
Химический состав кислот к концу XVIII века ученым был все еще не известен. Только после
исследования кислорода и других газов французом Антуаном Лавуазье14 химики решили, что
все кислоты содержат кислород, поэтому этот газ и получил такое название - «рождающий
кислоты».
Бергман Торберн Улаф (1735-1784) - шведский химик и минералог. Предложил механистическую теорию избирательного химического
сродства. Ошибочно полагая, что сродство между двумя веществами при данных условиях остаётся постоянным и не зависит от
относительных масс реагирующих веществ, Б. составил таблицы химического сродства, которыми пользовались до начала 19 в.
13
Пристли Джозеф (1733-1804) - британский химик и священник, открывший в 1774 г. кислород. Открыл также ряд других газов, в том
числе аммиак и оксиды азота. Изучал свойства углекислого газаи изобрел газированные напитки. Был защитником позднее опровергнутой
гипотезы флогистона.
14
Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) — французский естествоиспытатель, химик, один из основоположников современной химии.
Систематически применял в химических исследованиях количественные методы. Выяснил роль кислорода в процессах горения, окисления
и дыхания (1772-77), чем опроверг теорию флогистона. Один из основателей термохимии. Руководил разработкой новой химической
номенклатуры (1786-87). Автор классического курса «Начальный учебник химии» (1789).
12
7
В 1786 году французский химик Клод Луи Бертолле 15 с помощью химического
обнаружил кислоты, которые не содержат кислород - синильную и сероводородную. Чуть
позже Г.Дэви16 исследовал соляную и обнаружил там только хлор и водород.
А первая теория кислот была сформулирована немцем Юстасом Либихом 17 в 1838 году.
Основное положение этой теории звучит так:
«Кислота — вещество, способное реагировать с металлом с выделением водорода.»
Итак, к середине XIX века ученым уже было известно более 20 кислот, и они научились
классифицировать вещества по результатам химического анализа и его химическим
свойствам.
§1.2. Классификация кислот
В настоящее время кислоты классифицируют по разным признакам.
§1.2.1.Классификация по составу
Кислородсодержащие
Бескислородные
H2SO4 - cерная
HF - фтороводородная
HNO3 - азотная
HCl - соляная
H2CO3 - угольная
H2S - сероводородная
H2SiO3 - кремниевая
HBr - бромоводородная
§1.2.2 Классификация по количеству атомов водорода
Одноосновные
Двухосновные
Трехосновные
HCl - соляная
H2SO4 - серная
H3PO4 - фосфорная
HNO3 - азотная
H2CO3 - угольная
H3BO3 - борная
HF - фтороводородная
H2SO3 - сернистая
H3AsO3 - мышьяковистая
Бертолле́ Клод Луи (1748—1822) - французский химик, основатель учения о химическом равновесии. Одним из первых поддержал
антифлогистическое учение А. Лавуазье. Разработал (совместно с Лавуазье и др.) новую химическую номенклатуру. Установил состав
аммиака, природного газа, синильной кислоты, сероводорода. Открыл (1785) хлорат калия (бертолетову соль).
16
Дэви Гемфри (Хамфри) (1778-1829) - английский химик и физик, один из основателей электрохимии. Получил электролизом водород и
кислород (из воды), K, Na, Ca, Sr, Ba, Mg и Li. Предложил водородную теорию кислот.
17
Либих Юстус (1803 - 1873) - немецкий химик, основатель научной школы, один из создателей агрохимии. Открыл (1823) изомерию.
Получил ряд органических соединений. Один из создателей теории радикалов. Автор химической теории брожения и гниения, теории
минерального питания растений, доказал необходимость широкого применения минеральных удобрений.
15
8
§1.2.3 Классификация по растворимости в воде
Растворимые
H2SO4 - серная
Нерастворимые
H2SiO3 - кремниевая
HNO3 - азотная
H3PO4 - фосфорная
§1.2.4. Классификация по летучести
Летучие
Нелетучие
H2S - сероводородная
H2SiO3 - кремниевая
HNO3 - азотная
H2SO4 - серная
HCl - соляный
H3PO4 - фосфорная
§1.2.5 Классификация по степени диссоциации
Сильные
Слабые
H2SO4 - cерная
H2S - сероводородная
HNO3 - азотная
H2SO3 - сернистая
HCl - соляная
H2CO3 - угольная
§2.Основания
§2.1. История оснований
Люди научились использовать огонь около 100 тысяч лет назад. Скорее всего, первым
основанием, о котором узнал человек, был гидроксид кальция - при взаимодействии
обожженного мела (карбонат кальция -> оксид кальция) с водой получалась белая кашица,
которая в смеси с песком и водой превращалась в плотный камень белого цвета. Около 2000
лет назад люди использовали гидроксид кальция для строительства, в качестве бетона.
9
Впервые название «негашеная известь» встречается в сочинениях Диоскорида, датированных
I веком.
А само понятие «основание» сформировалось только в XVII веке благодаря химику
Гийому Франсуа Руэлю. Он заметил, что кислоты, известные в те времена как летучие
жидкости (например, уксусная или соляная кислоты), превращаются в кристаллические соли
только при взаимодействии с определенными веществами. Руэль выдвинул предположение,
что эти вещества являются «основаниями» для образования твердых солей. К основаниям он
причислил щелочи, «щелочные земли» и металлы. «Щелочными землями» в то время
называли оксиды и гидроксиды щелочно-земельных металлов, например, кальция, стронция,
бария.
Но сами эти металлы в чистом виде удалось получить только Г. Дэви в начале XIX века
с помощью электролиза - нового метода разложения веществ, основанном на действии
электрического тока. С помощью этого же метода Дэви смог определить состав щелочей,
в результате чего открыл несколько щелочных металлов - натрий, калий и литий.
Итак, термин «основания» появился в середине XVIII века, и это послужило началом
для ряда опытов, в которых использовался электрический ток. В результате этих опытов
химики того времени выяснили, что не все растворы проводят электрический ток.
2 глава. Первая теория кислот и оснований
§1. Теория Аррениуса
В 19 веке многие ученые, например М. Фарадей18 и Г. Дэви19, применяя электричество
в опытах, пытались связать кислотно-основные свойства веществ с электрическими
явлениями. В этой области Фарадей преуспел больше всех – изучая разложение веществ под
действием электрического тока, он ввел такие понятия, как электролиз, электрод, катод,
анод, ион и другие, сформулировал законы электролиза. В результате этих исследований
ученые выяснили, что молекулы некоторых веществ диссоциируют на положительные и
отрицательные ионы под воздействием электрического поля, а эти ионы проводят ток. Этот
процесс был назван электролитической диссоциацией.
18
Фарадей Майкл (1791-1867) - английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле. Обнаружил химическое действие
электрического тока, взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, магнетизмом и светом. Установил законы электролиза, ввел
понятия электрического и магнитного поля, высказал идею существования электромагнитных волн.
19
Дэви Гемфри (Хамфри) (1778-1829) - английский химик и физик, один из основателей электрохимии. Получил электролизом водород и
кислород (из воды), K, Na, Ca, Sr, Ba, Mg и Li. Предложил водородную теорию кислот.
10
Но затем ученые обнаружили ионы в растворах еще до включения тока, следовательно,
стало ясно, что воздействие электрического поля не является причиной диссоциации.
В 1887 году шведский физико-химик Сванте Аррениус
20
обобщил результаты различных исследований и сформулировал новую
теорию электролитической диссоциации – электролиты распадаются
на ионы в момент их растворения в воде. Его теорию многие ученые,
например Д. И. Менделеев и П. Клеве21, не признали, потому что она
полностью меняла предыдущее представление о кислотах и основаниях.
Кислотой он назвал соединение, при диссоциации в водном растворе
которого отщепляются ионы водорода. Основанием - соединение,
Сванте Аррениус
диссоциирующем с отщеплением гидроксид-ионов ОН.
Также он разделил кислоты и основания на сильные и слабые. Разделение зависит от
количества ионов, образующихся при диссоциации. Если ионов достаточно много, это
сильный электролит, а если мало - слабый. Чтобы характеризовать «силу» диссоциации он
ввел такое понятие, как степень электролитической диссоциации - количественная
характеристика диссоциации электролитов.
После введения этого термина стали понятны свойства большинства электролитов - их
сталисвязывать со свойствами ионов. Из-за этого теорию Аррениуса иногда называли ионной,
и это название до сих пор можно встретить в некоторых статьях и книгах. Например,
Дроздов А. М., Макареня А. А. Монография по методике преподавания химии
http://zavantag.com/docs/1388/index-1565673.html?page=27
ссылка
действительна
на
//
3.04.15
Чукин Г. Д. Новые представления о механизмах реакций расщепления углеводородов на
катализаторах нефтепереработки, с.8 // http://chukingendm.ru/o_72e33e6a0b5de59a-8.html ссылка
действительна на 3.05.15
Хотя ее до сих пор преподают в школах, она имеет достаточно много минусов.
Используя ее, невозможно ответить на вопросы, связанные с появлением энергии и
выделением теплоты, потому что Аррениус считал, что вода не вступает во взаимодействие с
ионами, т.е. является инертной средой. Сейчас уже давно понятно, что это неверно.
Но тогда Сванте Аррениус и другие ученые еще не подозревали о своей ошибке.
20
Аррениус Сванте Август (1859-1927) - шведский ученый, один из основателей физической химии. Автор теории электролитической
диссоциации. Труды по химической кинетике (уравнение Аррениуса), а также по астрономии, астрофизике и биологии. Нобелевская
премия (1903).
21
Пер Теодор Клеве (1840 – 1905) – шведский химик, минералог, океанограф. Занимался исследованиями в области химии, геологии,
ботаники, гидрографии. Основные химические работы посвящены изучению редкоземельных элементов и разработке методов их
разделения.
11
§2. Теория Менделеева
Проводя многочисленные опыты с растворами серной
кислоты и некоторых солей, Д.И.Менделеев начал догадываться о
химическом взаимодействии между растворяемым веществом и
растворителем. В 1887 году он создал химическую (гидратную)
теорию растворов. Основа этой теории: образование раствора
сопровождается
растворяемым
химическим
веществом
и
взаимодействием
водой.
Соединения,
между
которые
образовываются при этом, он назвал гидратами.
Таким
образом
теории
Аррениуса
и
Менделеева
Д.И.Менделеев
противоречили друг другу, и каждый из них считал теорию другого
ошибочной. Но со временем стало понятно, что обе теории правильные, но описывают
растворение веществ с разных сторон.
§3. Объединение теорий
Русский химик И.А. Каблуков 22 смог объединить эти две теории, доказав, что при
растворении в воде электролиты диссоциируют на ионы, которые тут же подвергаются
гидратации - присоединении молекул воды к ионам. Его опыты объясняли, что происходит
с энергией - диссоциация требует больших энергетических затрат, а гидратация
сопровождается выделением значительного количества энергии, которое иногда даже
перекрывает затраты на диссоциацию.
Например, растворение гидроксида натрия (NaOH) – экзотермический процесс: на
разрушение кристаллической решётки тратится 884 кДж/моль, а при образовании
гидратированных ионов Na+ и OH- выделяется соответственно 422 и 510 кДж/моль.
А если растворить в воде нитрат аммония (NH4NO3), то температура раствора
понизится на 26,8 кДж/моль - энергии на распад молекулы требуется больше, чем выделяется
при гидратации.
Итак, теория Каблукова, объединившая две теории, заложила фундамент современного
представления о растворах. Но она описывала процесс растворения и поведение кислот и
оснований лишь в водных растворах, поэтому понадобилось создать теорию, которая была бы
применима также и с другими растворителями.
Каблуков Иван Алексеевич (1857-1942) - российский физикохимик. Основные труды по электрохимии неводных растворов. Развил
представление о сольватации ионов. Труды по истории химии.
22
12
3 глава. Более поздние теории
§1. Теория Бренстеда
В 1905 году Е.Франклину после проведения ряда опытов
удалось провести аналогию между химическими реакциями
электролитов в воде и в жидком аммиаке.
Жидкий аммиак и вода сами по себе имеют множество схожих
свойств, например, они оба слабо проводят электрический ток и
одинаково взаимодействуют с щелочными металлами.
2K + 2H2O = H2 + 2KOH; 2K + 2NH3 = H2+ 2KNH2
Исследования Франклина привели к выводу, что теория Аррениуса очень ограниченна,
т.к. описывает процесс растворения и поведение только водных растворов. В результате
дальнейших опытов выяснилось, что не только аммиак имеет схожести с водой, сейчас таких
веществ известно несколько десятков. Поэтому понадобилось разработать новую теорию,
описывающую любые растворы.
А также химики обнаружили много веществ, проявлявших основные свойства, но не
подходивших под определение Аррениуса, и в итоге сложилось новое представление об
основаниях - это вещества, которые имеют способность отбирать у других веществ протоны
и присоединять их к себе. В 1923 году датчанин И. Бренстед23 увидел, что при кислотноосновном взаимодействии протоны переходят от кислоты к основанию. Он воспользовался
аналогией с окисилительно-восстановительными реакциями, но вместо переходов электронов
от восстановителя к окислителю в кислотно-основном взаимодействии протоны переходят
от кислоты к основанию. Вещества, которые обмениваются протонами, он назвал
протолитами, поэтому его теория и была названа протолитической. Следовательно, согласно
его теории, кислота - это вещество, способное отдавать протоны другому веществу (донор
протонов), а основание - вещество, принимающее эти протоны
ЙоханнесНиколаус Бренстед
(акцептор протонов).
Но она имела один недостаток - протоны могут отщеплять
не только кислоты, но также и ионы. Получалось, что и эти ионы нужно было считать
кислотами.
А нейтральные молекулы и заряженные ионы, присоединяющие протоны -
основаниями.
23
Йоханнес-Николаус Брёнстед (1879 -1947) - датский физико-химик, член Датского королевского общества наук. С 1930 по 1947 год он
возглавлял Физико-химический институт Высшей технической школы в Копенгагене.
Основные научные работы посвящены химической кинетике, катализу и термодинамике растворов. Главное достижение - формулировка
основных положений "общей" или "расширенной" теории кислот и оснований.
13
Также
теория
Бренстеда
заставила
пересмотреть
роль
растворителя в реакциях. Вода, которая считалась инертной средой
при Аррениусе, оказалась очень активным веществом. Например, в
реакциях с H2SO4, HNO3 и другими кислотами вода отнимает у них
протоны, то есть выступает в качестве основания.
А в процессе растворения аммиака в воде молекулы аммиака
отбирают протоны у молекул воды, следовательно аммиак является
основанием, а вода - кислотой.
NH3+HOH ↔ NH4+ + OHВпоследствии
выяснилось,
что
любой
растворитель
становится кислотой или основанием только при взаимодействии с другим веществом.
Ученые начали проводить множество опытов и обнаружили, что на отсоединение протонов
требуется энергия, ведь при этом происходит разрыв связей. Те вещества, у которых эти связи
между молекулами слабые и процесс диссоциации происходит быстро, называются сильными
электролитами (например, HCl, H2SO4). Слабыми электролитами называют те вещества,
которые диссоциируют не полностью из-за прочности связей (например, H2S, HClO).
Поэтому получается, что теория Бренстеда показала, как относительны понятия
«кислота» и «основание». Она до сих пор является одной из главных о кислотах и основаниях.
Теория Бренстеда заставила пересмотреть роль растворителя в реакциях. Ученые
начали проводить множество опытов и обнаружили, что на отсоединение протонов требуется
энергия, ведь при этом происходит разрыв связей. Те вещества, у которых эти связи между
молекулами слабые и процесс диссоциации происходит быстро, называются сильными
электролитами (например, HCl, H2SO4). Слабыми электролитами называют те вещества,
которые диссоциируют не полностью из-за прочности связей (например, H2S, HClO).
Но потом химикам начали встречаться реакции, носящие кислотно-основный характер, хотя
ни в одном из реагирующих веществ не содержалось частиц H+, например,
MgO+SO3=MgSO4
Реагируют основные и кислотные оксиды, но они обладают большим сходством с
кислотами и основаниями. Ученые выделили такие вещества в отдельную группу, названную
апротонными кислотами или L-кислотами (L-первая буква фамилии
Г. Льюиса24 - химика, который первый ввел этот термин). Остальные Гилберт Ньютон Льюис
кислоты назывались Н-кислотами или бренстедовскими кислотами.
Льюис Гилберт Ньютон (1875-1946) - американский физикохимик, основатель научной школы. Труды по химической термодинамике.
Предложил электронную теорию неполярной химической связи (1912-16) и одну из современных теорий кислот и оснований (1923).
Впервые получил тяжелую воду (1933, совместно с Р. Макдональдом).
24
14
Итак, ограниченность протолитической теории
заключается в том, что она исключает возможность
Рис 2. Донорно-акцепторный
механизм
проявления кислотного характера веществами, не
содержащими водорода.
§2. Электронная теория Льюиса
В 1923 году американский химик Г. Льюис стал
первым,
кто
догадался
связать
кислотно-основное
взаимодействие не с протонами, а с электронами. Льюис создатель теории ковалентной связи. Согласно этой
теории,
химическая
связь
между
атомами
-
это
образование общих электронных пар. Существует два
Рис 1. Обменный механизм
способа образования этих пар: обменный механизм (рис.1) и
донорно-акцепторный. Во втором случае при взаимодействии двух веществ атом одного
вещества
(донор)
отдает
одну
свою
электронную
пару,
а
атом
другого
(акцептор)предоставляет ячейку для этой пары, орбиталь (рис.2).
В результате взаимодействия появляется общая электронная пара. Рассматривая
кислотно-основные реакции Льюис заметил, что при них всегда происходит донорноакцепторное
взаимодействие.
Заметив
закономерность,
он
сформулировал
новое
представление о кислотах и основаниях. Основание по его версии является донором
электронных пар, а кислота - акцептором.
Итак, теория Льюиса не имела особых противоречий с теорией Бренстеда, она лишь
включала гораздо больше веществ в понятия кислот и оснований.
§3. Теория Усановича
В 1938 году М.И. Усанович предпринял попытку объединить эти две теории протонную и электронную - в одну. Согласно его теории кислота — это частица, которая
может отщеплять катионы (положительные ионы), включая протон, или присоединять
анионы (отрицательные ионы), включая электрон. Основание — частица, которая
может присоединять протон и другие катионы или отдавать электрон и другие анионы.
Эта теория основывается на том, что понятия кислота и основания зависят от знака заряда
частицы, а не от строения электронной оболочки, как считал Льюис.
Но недостаток этой теории заключается в том, что она слишком общая и недостаточно
четко определяет понятия кислоты и основания. Сейчас она практически не используется
15
4 глава. Сравнение теорий
Название теории
Применимость
теории
Главная мысль
Отличия от
предыдущей
Теория электролит.
диссоциации
только водные
растворы
Электролиты распадаются
на ионы при растворении
Протолитическая
теория
протонные
кислоты
При кислотно-основных
реакциях осуществляется
переход протонов от
кислоты к основанию
описывает все
растворы
Электронная
теория Льюиса
апротонные
кислоты
При кислотно-основных
реакциях осуществляется
переход электронов от
основания к кислоте
гораздо шире
круг понятий
кислоты и
основания
________
Заключение
В данном исследовании были рассмотрены и проанализированы несколько теорий Аррениуса-Менделеева, Бренстеда и Льюиса. С помощью сравнительной таблицы мы
выяснили, в каких случаях удобнее использовать какую теорию.
16
Список литературы
1. Мартыненко Б.В. Химия: Кислоты и основания //- М.: Просвещение, 2000.
- С. 11-35.
2. http://studyport.ru/referaty/estestvennye-nauki/3112-rastvory-rastvorimost
Ссылка действительна на 15.03.2015
3. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. –
М.: ВШ, 1991. 656 с. ; Большая советская энциклопедия. В 30 тт. //
http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/ Ссылка действительна на 15.03.2015
4. Биографии великих химиков. Перевод с нем. под ред. Быкова Г.В. – М.:
Мир, 1981. 320 с // http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/ Ссылка действительна
на 15.03.2015
5. С. Benedicks. Svante Arrhenius. Stockholm, 1938; Ю. И.. Соловьев, Н. А.
Фигуровский. Сванте Аррениус. M.: Изд-во АН СССР, 1959. В. А.
17
КРИЦМАН // http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/nobel/1903-Arrhenius.html
Ссылка действительна на 15.03.2015
6. Современная
Энциклопедия,
//http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc1p/29570
Ссылка
2000
действительна
на
15.03.2015
7. Большая
биографическая
энциклопедия,
2009.
Ссылка
//http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biography/49264/Каблуков
действительна на 15.03.2015
8. Большой энциклопедический словарь / Ред. А. М. Прохоров . – 2-е изд.,
перераб. и доп . – М. : Большая Российская энциклопедия, 2000. 1219 с.
9. Мария
Зацепина
//http://www.alhimik.ru/great/great0.html
Ссылка
действительна на 15.03.2015
10.
Мир Энциклопедий Аванта+, 2006 // http://murzim.ru/nauka/himiya/
Ссылка действительна на 29.03.15
11.
Журнал
«Химия»,
Изд-во
«Первое
сентября»
//
http://him.1september.ru/article.php?ID=200501401 Ссылка действительна на 29.03.15
18
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа